JP2633359B2 - 長繊維樹脂組成物の製造方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は長繊維樹脂組成物の製造方法及びその装置に
関し、詳しくは、ホットフロースタンピング成形あるい
は射出成形用の材料として好適な、高強度の長繊維樹脂
組成物を製造する方法及びその装置に関するものであ
る。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

ガラス複合化された長繊維樹脂組成物は、樹脂単独の
ものに比べて機械的強度が高いため、各種の部材の材料
として用いられている。従来、ガラス繊維に樹脂を含浸
させる複合化は、一般に単軸あるいは二軸のスクリュー
を用いた押出し機によりマトリックス樹脂物とガラス繊
維とを混練するとともに押出し、押出し後に冷却して所
定の長さに切断してペレットを製造する押出し法が用い
られていた。

しかし、この押出し法においては、押出機内での高い
剪断力によって、ガラス繊維に破損（切断）を生ずるこ
とが多い。このようにガラス繊維に破損を生じた状態で
複合化されたブレンド材は、ガラス繊維の破損のために
高温での引張り強度の低下が著しく、これを補うために
は樹脂そのものに耐熱度の高いものを用いる必要があっ
た。

このため、ガラス繊維の破損を改善する目的で、樹脂
とガラス繊維とを含浸ダイスで接触させながら押出し
て、それをカッターにて任意のストランド長に切断する
方法、いわゆるプルトルージョン法が考案された。この
方法は、複合化する際に、押出機でのスクリュー混練の
場合のような大きな剪断力がかからないため、ガラス繊
維の破損が少なく、高温での引張り強度の高い樹脂組成
物を製造することが可能である。

しかしながら、この方法においては、ガラス繊維がダ
イス内を通過する際の引張り張力が大きいために大きな
剪断力が得られず、結束剤処理をしたガラス繊維に、樹
脂をその流動性のみを利用して含浸させるには余りにも
小さい剪断力であり、樹脂を充分に含浸させることがで
きなかった。さらに、引取り速度を上げた場合には、樹
脂とガラス繊維との接触時間が短くなり、ガラス繊維に
樹脂が含浸しない状態になってしまう。

このような状態でダイスから出た樹脂組成物の断面に
おける樹脂の含浸性を見ると、ガラス繊維が中心にあっ
て、その外側に樹脂が被覆されているだけで、ガラス繊
維中への樹脂の含浸性が充分ではない。このような樹脂
組成物を任意の長さにストランドカッターで切ってペレ
ットにすると、ガラスストランドと中空パイプ状になっ
た樹脂とに分離してしまい、射出成形あるいはスタンピ
ング成形を行った際にガラスストランドが均一に分散し
た製品を得ることができなかった。

従って、上記方法で樹脂をガラス繊維の束に充分に含
浸させるためには、樹脂とガラス繊維との接触経路を長
くして両者の接触時間を長くしたり、高流動性の樹脂材
料を用いて樹脂の含浸性を高めたりする必要があった。
しかし接触時間を長くした場合には生産性を上げること
が困難であり、高流動性の樹脂材料を用いた場合には、
得られる樹脂組成物の高温での引張り強度は大きいもの
の、分子量が始めから小さいものを利用せざるを得ない
ために、耐熱性や耐衝撃が著しく低下し、製品としての
適応分野が限られるという問題が生ずる。

そこで、本発明者は、樹脂本来の強度や耐衝撃性を有
する高い分子量で流動性の低い材料でも、ガラス繊維へ
充分に含浸することが可能で、樹脂本来の特性を生かす
ことのできる長繊維樹脂組成物の製造方法およびその製
造装置を開発すべく鋭意研究を重ねた。

〔課題を解決するための手段〕

その結果、ガラス繊維と樹脂とを特定の経路で接触さ
せることにより上記課題を解決できることを見出した。
本発明はかかる知見に基いて完成したものである。

すなわち、本発明は、被覆ダイス内に形成した螺旋状
の接触経路にガラス繊維を導入するとともに、該螺旋状
の接触経路に直交する方向から溶融樹脂を導入してガラ
ス繊維と樹脂とを接触経路内で接触させることを特徴と
する長繊維樹脂組成物の製造方法を提供するとともに、
被覆ダイス内に形成した螺旋状の接触経路と、該螺旋状
の接触経路にガラス繊維を導入するガラス繊維導入路
と、該螺旋状の接触経路に直交する方向から溶融樹脂を
導入する樹脂導入路とを備えたことを特徴とする長繊維
樹脂組成物の製造装置を提供するものである。

まず本発明の対象となる長繊維樹脂組成物は、前述の
如くガラス繊維と樹脂とを複合化させたものである。こ
こで、ガラス繊維や樹脂としては、従来からこの種の長
繊維樹脂組成物の材料として用いられているものをその
まま用いることが可能であり、特に限定されるものでは
ない。樹脂の例をあげれば、ポリプロピレン，ポリアミ
ド，ポリアミド，ポリフェニレンサルファイド，ポリエ
ステル，ポリカーボネート，ポリブチレンフタレート，
ポリオキシメチレンなどがある。

図は本発明の方法によって上記長繊維樹脂組成物を製
造する際に用いる本発明の装置の好適な一例を示すもの
であって、第１図は３系統の接触経路を設けた被覆ダイ
スの斜視図、第２図は被覆ダイスの断面図、第３図は樹
脂導入路部分を示す説明図、第４図は長繊維樹脂組成物
を製造する工程図である。

被覆ダイス１の内部には、第１図及び第２図に示すよ
うに、螺旋状の接触経路２と、該螺旋状の接触経路２に
ガラス繊維Ｇを導入するガラス繊維導入路３と、該螺旋
状の接触経路２に直交する方向から溶融樹脂Ｐを導入す
る樹脂導入路４を有する樹脂供給口５とが形成されてい
る。

上記螺旋状の接触経路２は、ガラス繊維Ｇの種類や
径，溶融樹脂Ｐの種類や流動性，所望する長繊維樹脂組
成物の性能などにより、その直径，長さ，螺旋径を適宜
に設定することができるが、ガラス繊維Ｇと溶融樹脂Ｐ
との接触長さは、螺旋径の２倍から20倍の範囲とするこ
とが好ましい。この接触長さが短いとガラス繊維に樹脂
を充分に含浸させることが困難になることがあり、ま
た、長すぎると流動抵抗が増すために生産性が低下する
ことがある。

またガラス繊維導入路３は、ボビン６から供給される
ガラス繊維Ｇを上記螺旋状の接触経路２に導入するもの
で、接触経路２の基端部と円滑に連続するように形成さ
れており、このガラス繊維導入路３のガラス繊維Ｇの導
入口には、ガラス繊維導入路３から樹脂が逆流すること
を防止するためのシールリング７が取り付けられてい
る。

一方樹脂供給口５は、被覆ダイス１の基端部から接触
経路２の螺旋の中心部に向けて設けられており、その先
端部に、前記樹脂導入路４が形成されている。この樹脂
導入路４は、接触経路２の形状や導入する樹脂の性状な
どによりさまざまな形態で形成することができるが、第
３図（ａ）に拡大して示すように、接触経路２の螺旋に
対応させた螺旋状のスリット4a、あるいは第３図（ｂ）
に示すように、螺旋状に設けた数本の導入通路4b,4bな
どにより形成することができる。

さらに、樹脂供給口５には、導入する溶融樹脂Ｐの圧
力を検出する圧力センサー８が設けられている。このよ
うに圧力センサー８を設けることにより、ガラス繊維Ｇ
と溶融樹脂Ｐとをそれぞれ導入して長繊維樹脂組成物を
製造する際の溶融樹脂Ｐの圧力を検出し、被覆ダイス１
に導入する溶融樹脂Ｐの供給圧力と、複合化された長繊
維樹脂組成物を被覆ダイス１から取り出す速度とを制御
することができる。

このように被覆ダイス１を形成することにより、上記
樹脂導入路４から被覆ダイス１内部の螺旋状の接触経路
２に導入される溶融樹脂Ｐが、ガラス繊維導入路３から
接触経路２に導入されるガラス繊維Ｇに対して直交する
方向から導入されるとともに、螺旋に沿って移動するガ
ラス繊維Ｇの全周から導入されることになるので、溶融
樹脂Ｐをガラス繊維Ｇの全周から含浸させることができ
る。したがって、溶融樹脂Ｐをガラス繊維Ｇに効率よ
く、かつ充分に含浸させることができる。

また、このようにして溶融樹脂Ｐをガラス繊維Ｇに含
浸させることにより、従来の押出し法に比べてガラス繊
維Ｇにかかる剪断力を小さくできるので、ガラス繊維の
破損も防止することができる。さらに溶融樹脂Ｐをガラ
ス繊維Ｇに含浸させるために必要な剪断力、及び溶融樹
脂Ｐとガラス繊維Ｇとの接触面積を、プルトルージョン
法に比べて大きくできるので被覆ダイス１を短く形成す
ることができ、流動性の低い樹脂材料でもガラス繊維へ
の含浸が可能となる。したがって樹脂本来の強度や耐衝
撃性を得られる高い分子量の樹脂材料を使用することが
でき、機械的強度を向上させることができる。

また、第１図に示すように、ひとつの被覆ダイス１内
に複数の接触経路２を設けることが可能であり、生産性
の大幅な向上を図ることができる。

次に、第４図に基いてダイス１を用いて所定長さの長
繊維樹脂組成物を製造する工程を説明する。

上記被覆ダイス１の螺旋状の接触経路２には、適宜な
位置に設けられたボビン６からガラス繊維Ｇが導入され
るとともに、押出機10から樹脂供給口5,樹脂導入路４を
介して溶融樹脂Ｐが導入され、被覆ダイス１内で複合化
した長繊維樹脂組成物が引取り機11により引き取られ
る。この際、押出機10による溶融樹脂Ｐの押し出し圧力
を前記圧力センサー８で検出し、制御器13で押出機10の
押し出し圧力および引取り機11の引き取り速度を制御す
ることにより、所定の状態で複合化した長繊維樹脂組成
物を製造することができる。このようにして複合化され
た長繊維樹脂組成物は、引取り機11により引き取られ、
カッター12で所定の長さに切断される。

なお、被覆ダイス１の製作は、従来から行われている
方法により行うことができ、押出機や引取り機なども適
宜なものを使用することができる。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳し
く説明する。

実施例１ 前記第１図に示す構成の被覆ダイスを用いて、第４図
に示す構成の製造工程で樹脂を含浸したガラスストラン
ドを製造した。用いた被覆ダイスの接触経路の長さは35
0mm,螺旋径は30mm,経路直径は3.5mmである。また使用し
たガラス繊維は集合束直径約2mm（径２μm,束数1300
本）、溶融樹脂はポリプロピレン（分子量２×10⁴,メル
トフローレート60g/10分）である。またこの時の平均押
し出し圧力は150kg/cm²,平均引取り速度は3m/minであっ
た。得られたガラスストランドのガラス含有率は40％で
あった。このガラスストランドをカッターで13mmに切断
し、得られた長繊維コンパウンドを用いて射出成形を行
い試験片を成形し、機械的強度を測定したところ第１表
に示す結果が得られた。また試験片を焼成して灰分中に
残留したガラス繊維の長さを測定したところ、長さ13mm
のものの残量は34重量％であった。

実施例２ 実施例１において得られた長繊維コンパウンドを用い
てホットフロースタンピンクによりプレス圧縮成形を行
い、この成形品から試験片を打ち抜き機械的強度を測定
したところ第１表に示す結果が得られた。また試験片を
焼成して灰分中に残留したガラス繊維の長さを測定した
ところ、長さ13mmのものの残量は重量50％であった。

比較例１ 長さ13mmのガラス繊維とポリプロピレン樹脂（メルト
フローレイト20g/10分）とをドライブレンドした後に、
ホッパーより２軸同方向の押出機に投入して230℃で混
練を行い、得られた押出品を13mmにカットして長繊維コ
ンパウンドを得た。これを実施例１と同じ方法で射出成
形して試験片を成形し、機械的強度を測定したところ第
１表に示す結果が得られた。また試験片を焼成して灰分
中に残留したガラス繊維の長さを測定したが、長さ13mm
のものを見出すことができず、ガラス繊維の破損が著し
いことが判った。

比較例２ 比較例１で得た長繊維コンパランドを実施例２と同様
にホットフロースタンピングで成形した後に試験片を打
ち抜き機械的強度を測定したところ、第１表に示す結果
が得られた。また試験片を焼成して灰分中に残留したガ
ラス繊維の長さを測定したが、長さ13mmのものを見出す
ことはできなかった。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明の方法によれば、ガラス
繊維に充分に樹脂を含浸させた長繊維樹脂組成物を容易
に製造することができる。

また本発明の装置は、ダイス内に解繊維機構を持つも
のや、ダイスを回転させる機構を有するものに比べて、
駆動部が少なく製作が容易であるとともに保守も容易で
ある。さらにひとつの被覆ダイス内に複数の接触経路を
設けて多量生産を行うることが可能であり、生産性の大
幅な向上を図ることができる。

したがって、本発明は長繊維樹脂組成物の工業的な製
造方法として有効な利用が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は３系統の接触経路を設けた被覆ダイスの斜視
図、第２図は被覆ダイスの断面図、第３図は樹脂導入路
部分を示す説明図、第４図は長繊維樹脂組成物を製造す
る工程図である。 1:被覆ダイス,2:螺旋状の接触経路， 3:ガラス繊維導入路,4:樹脂導入路， 5:樹脂供給口,6:ボビン， 7:シールリング,8:圧力センサー， 10:押出機,11:引取り機， 12:カッター,13:制御器， G:ガラス繊維、P:溶融樹脂

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被覆ダイス内に形成した螺旋状の接触経路
   にガラス繊維を導入するとともに、該螺旋状の接触経路
   に直交する方向から溶融樹脂を導入してガラス繊維と樹
   脂とを接触経路内で接触させることを特徴とする長繊維
   樹脂組成物の製造方法。
2. 【請求項２】被覆ダイス内に形成した螺旋状の接触経路
   と、該螺旋状の接触経路にガラス繊維を導入するガラス
   繊維導入路と、該螺旋状の接触経路に直交する方向から
   溶融樹脂を導入する樹脂導入路とを備えたことを特徴と
   する長繊維樹脂組成物の製造装置。